بررسی آزمایشگاهی تأثیر پله ها بر دبی عبوری از سرریز نیلوفری و میزان افت انرژی در مدخل خروجی آن در حالت کنترل تاج
جزییات :
هدف و اهمیت استفاده از سرریز ها
انواع سرریزها : وجود دریچه - محل قرارگیری سرریز
محل قرارگیری سرریز :
سرریزی جانبی
سرریز تنداب
سرریز نیلوفری
سرریز سیفونی
سرریز پلکانی
انتخاب دبی طرح سرریز
درجه بندی سد ها
انواع سرریز ها : سرریز ogee - سرریز wess - سرریز لبه پهن
طراحی سرریز wess
چکیده
فصل اول: شکل گیری کاویتاسیون
-1-1 مقدمه .......................................................................................................................................... 2
-2-1 تاریخچه ..................................................................................................................................... 4
-3-1 خواص موثر سیال در شکل گیری کاویتاسیون. .................................................................. 7
9 .................................................. (Formation of Cavitation) -4-1 شکل گیری کاویتاسیون
-5-1 انواع کاویتاسیون ...................................................................................................................... 11
-1-5-1 کاویتاسیون هیدرودینامیکی ........................................................................................ 13
-2-5-1 کاویتاسیون انتقالی ....................................................................................................... 16
-3-5-1 کاویتاسیون نوری و جزئی ......................................................................................... 17
فصل دوم: بررسی کاویتاسیون روی سرریزها
-1-2 مقدمه ........................................................................................................................................... 18
-2-2 منشأ حفره ها و پدیده کاویتاسیون روی سرریزها ............................................................. 19
-3-2 فاکتورهای موثر در کاویتاسیون ............................................................................................ 20
-1-3-2 هندسه. ............................................................................................................................ 20
-2-3-2 هیدرودینامیک. ............................................................................................................... 20
-3-3-2 موارد دیگر. .................................................................................................................... 21
-4-2 آنالیز عددی پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها ................................................................. 21
-1-4-2 تعریف مسئله ................................................................................................................. 21
-2-4-2 ضریب کاویتاسیون ...................................................................................................... 22
-3-4-2 ضریب کاویتاسیون بحرانی ........................................................................................ 24
و
برای طراحی سرریز و حوضچه آرامش Cavitation -4-4-2 روابط استفاده شده در محل عددی
24 ........................................................................................................................................................
25 ................................................................... cavitation -5-4-2 داده های مورد نیاز عددی
26 ....................................................................... cavitation -6-4-2 فایل خروجی مدل عددی
فصل سوم: خسارات ناشی از کاویتاسیون و نحوه مقابله با آن ها
-1-3 مکانیزم خسارت های ناشی از کاویتاسیون بر روی سرریزها ........................................... 30
-2-3 خسارات ناشی از کاویتاسیون ................................................................................................ 31
-3-3 جلوگیری از خسارات کاویتاسیون در سازه های هیدرولیکی ............................................ 31
-1-3-3 روش های جلوگیری از خسارات ناشی از کاویتاسیون روی سرریزها .............. 32
فصل چهارم: بررسی جامع دو روش برای جلوگیری از خسارات ناشی از کاویتاسیون
-1-4 ساماندهی میزان هوا بروی سرریزهای شوت ...................................................................... 34
-1-1-4 تاریخچه ......................................................................................................................... 35
-2-1-4 توزیع هوادهی ............................................................................................................... 35
-3-1-4 آزمایشات مربوطه ........................................................................................................ 36
-4-1-4 بررسی اثر هوادهی جریان بر کنترل کاویتاسیون ................................................... 37
-5-1-4 جریان هوا در سازه های آبی ..................................................................................... 38
-6-1-4 مکانیسم اختلاط هوا با آب .......................................................................................... 40
-7-1-4 محل شروع هوادهی طبیعی ......................................................................................... 41
-8-1-4 قاعده کلی هوادهی ........................................................................................................ 47
-2-4 بررسی اثر زبری سطح بر کنترل کاویتاسیون .................................................................... 48
-1-2-4 آزمایش های مدل ......................................................................................................... 49
-2-2-4 ضریب موثر .................................................................................................................. 50
فصل پنجم :
ز
جمع بندی و نتیجه گیری .................................................................................................................. 54
منابع
چکیده
سرریزها از مهمترین سازه هایی هستند که در زمان وقوع سیلاب در جهت سلامت و ایمنی سدها مورد استفاده واقع شده و از وقوع حوادث خطرناک جلوگیری کرده اند. به عنوان کاربردی ترین نوع سرریزها، می توان از سرریز اوجی نام برد. از میان روش های مختلف مطالعه، روش های عددی، به دلیل برتری چشم گیر نسبت به سایر روش ها، مدنظر است. در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت و براساس روش حجم محدود به مطالعه حساسیت پارامترهای جریان در محاسبه مناسب پروفیل جریان عبوری از روی سرریز اوجی پرداخته شده است. نرم افزار فلوئنت معادلات ناویراستوکس میامگین گیری شده رینولدز حاکم در میدان جریان عبوری از روی سرریز اوجی را حل کرده و از روش حجم سیال به منظور تعیین پروفیل سطح آزاد جریان استفاده کرده است. در این تحلیل جهت شبکه بندی با توجه به سطح منحنی سرریز اوجی از میان انواع مختلف، شبکه بندی ورنوی انتخاب شده، و با بررسی مدل های مختلف آشفتگی دو معادله ای، مدل آشفتگی K-E آر.ان.جی برگزیده شده است، و نهایتا با تغییر هندسه مدل به بررسی پارامترهای مختلف جریان عبوری از روی سرریز اوجی پرداخته شده است. نتایج عددی به دست آمده با نتایج حاصل از روش های عددی، آزمایشگاهی و نمودارهای USBR و USACE مقایسه شده است و تطابق خوبی مشاهده شده است. در آخر با استفاده از آزمون p-value دقت بالای بررسی عددی مذکور به اثبات رسیده است. از این رو استفاده از مدل های عددی توصیه می شود.
مقدمه
اهمیت وجود آب برای ادامه زندگی از یک جهت و در دسترس نبودن آب شیرین در تمام مناطق زمین از جهت دیگر باعث شد تا انسان در طول دوران حیات خود به فکر راهی برای انتقال، مهار و ذخیره آب بیافتد. اصلی ترین روش برای مهار و ذخیره آب جاری رودخانه ها، ساخت سدها و بندها بر روی آنها می باشد که در طول تاریخ به شکل ها و با روش های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. حجم زیاد آب موجود در مخزن سد، در هنگام سیلاب می تواند با تخریب سد، زمین های پاییندست را با خطر آبگرفتگی روبرو کند، به همین دلیل استفاده از روش هایی که بتواند با تأمین ایمنی سد، آب مازاد ناشی از سیلاب را تخلیه کند، اجباری است، یکی از این روش ها ساخت سرریز است. سرریزها سازه های مهمی هستند که امکان خروج سیلاب های اضافه بر ظرفیت سد را میسر می سازند. در طراحی سرریزها چه به منظور انحراف و چه به جهت ذخیره آب، می بایست احتمال خطر، به خصوص خطرهای جانی را مدنظر قرار داد. از جمله مشهورترین و پرکاربردترین سرریزها، سرریز اوجی است.
فصل اول:
کلیات
2-1- مقدمه
آب به عنوان اساسی ترین ماده برای تشکیل حیات و ادامه چرخه زندگی موجودات زنده از اهمیت ویژه ای برخوردار است، چنانچه اولین تمدن های بشری در کنار آب شیرین رودخانه ها شکل گرفته اند. اهمیت وجود آب برای ادامه زندگی از یک جهت و در دسترس نبودن آب شیرین در تمام مناطق زمین از جهت دیگر، باعث شد تا انسان در طول دوران حیات خود به فکر راهی برای انتقال، مهار و ذخیره آب بیافتد. اصلی ترین روش برای مهار و ذخیره آب جاری رودخانه ها، ساخت سدها و بندها بر روی آنها می باشد که در طول تاریخ به شکل ها و با روش های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. حجم زیاد آب موجود در مخزن سد، در هنگام سیلاب می تواند با تخریب سد، زمین های پاییندست را با خطر آب گرفتگی روبرو کند، به همین دلیل استفاده از روش هایی که بتواند با تأمین ایمنی سد، آب مازاد ناشی از سیلاب را تخلیه کند، اجباری است، یکی از این روش ها ساخت سرریز است.
سرریزها سازه های مهمی هستند که همزمان با ساخت سدها مورد نیاز واقع می شوند و امکان خروج سیلاب های اضافه بر ظرفیت سد را میسر می سازند. به عبارت دیگر یکی از کاربردهای مهم سرریزها، کنترل ارتفاع و حجم آب دریاچه پشت سد است که در این حالت شکل و ابعاد سرریز تابعی از موقعیت جغرافیایی و هیدرولوژیکی منطقه خواهد بود. در طراحی سرریزها چه به منظور انحراف و چه به جهت ذخیره آب، می بایست دقت کافی مبذول گردد و هرگونه احتمال خطر، به خصوص خطرهای جانی را مدنظر قرار داد. از جمله مشهورترین و پرکاربردترین سرریزها، سرریز اوجی است. این سرریز بیشتر در سدهای بتنی و سدهای با مصالح بنایی به کار گرفته می شود. با توجه به اهمیت موضوع، در این پایان نامه به مطالعه سرریز اوجی پرداخته خواهد شد.
تعداد صفحه : 126
فهرست مطالب:
چکیده............................................................................................................................................. 1
مقدمه............................................................................................................................................... 2
فصل اول تعریف موضوع
1-1 - مقدمه.................................................................................................................................... 4
1-2 - متغییر های مسئله.................................................................................................................. 10
فصل دوم مروری بر تحقیقات انجام شده در رابطه با نحوه انتقال رژیم جریان در سرریزهای پلکانی
1-2 - مقدمه.................................................................................................................................. 12
-1-2 جریان آبشاری...................................................................................................................... 13
-3-2 جریان مستغرق...................................................................................................................... 14
-3-2 مروری بر تحقیقات انجام شده در ارتباط با روش حجم محدود............................................. 18
1-3-2 معادله پیوستگی (بقاء جرم).................................................................................... 19
-2-3-2 معادلۀ مومنتوم (بقاء اندازه حرکت ).................................................................... 20
-3-3-2 روش انتگرال گیری و فرضیات آن ....................................................................... 22
-4-3-2 روش حجم کنترل در پخش............................................................................... 23
-4-3-2 پخش دائمی یک بعدی ..................................................................................... 24
25............................ (Grid Generation) -1 مرحله تولید شبکه نقاط -4-3-2
26.............................. ( Discretization) -2-4-3-2 مرحلۀ دوم منفصل سازی
عنوان صفحه
-3 مرحله سوم حل معادلات ................................................................. 28 -4-3-2
-5-3-2 روش حجم محدود در مسائل پخش دوبعدی ...................................................... 29
-6-3-2 روش حجم محدود در مسائل پخش سه بعدی .................................................... 32
-4-2 الگوریتمهای حل توام فشار-سرعت ..................................................................................... 34
-1-4-2 شبکه محاسباتی.................................................................................................. 35
36...............................................(Staggered gride) -2-4-2 مفهوم شبکه اصلاح شده
-3-4-2 معادلات ممنتوم................................................................................................. 38
42............................................................................................Simple -4-4-2 الگوریتم
47...........................................................................................Simpler -5-4-2 الگوریتم
49...........................................................................................Simplec -6-4-2 الگوریتم
49.................................................................................................PISO -7-4-2 الگوریتم
فصل سوم ارائه الگوی جریان بر روی سرریز های پلکانی سد های بتن غلتکی
1-3 - مقدمه.................................................................................................................................. 54
-2-3 دسته بندی جریان بر روی سرریز های پلکانی........................................................................ 55
-3-3 تقسیم بندی دقیق جریان مستغرق........................................................................................... 57
-4-3 بحث.................................................................................................................................... 60
-5-3 نتایج..................................................................................................................................... 63
فصل چهارم نحوه مدل نمودن و محاسبه ضریب اصطکاک و افت انرژی در سرریزهای پلکانی
1-4 - مقدمه............................................................................................................................... 66
عنوان صفحه
2-4 - محاسبه ضریب اصطکاک سرریز پلکانی در جریان مستغرق.................................................. 67
-1-2-4 روش یاسودا و اوتسو جهت محاسبه ضریب اصطکاک سرریز پلکانی................... 68
-2-2-4 روش بوئس و هاگر جهت محاسبه ضریب اصطکاک.......................................... 75
-1-2-2-4 ضریب تصحیح شکل....................................................................... 76
-2-2-2-4 ضریب اصطکاک جریان مستغرق در حالت کلی............................... 78
-3-4 محاسبه افت انرژی جریان مستغرق سرریز پلکانی ................................................................ 79
1-3-4 روش یاسودا و اوتسو............................................................................................. 79
-2-3-4 روش بوئس و هاگر .......................................................................................... 83
فصل پنجم ارائه مدل ریاضی تعیین پروفیل جریان بر روی سرریز پلکانی سدهای بتن غلتکی
-1-5 مقدمه .................................................................................................................................. 86
-2-5 مشخصات پرش هیدرولیکی.................................................................................................. 87
-3-5 تخمین عمق جریان مستغرق به روش یاسودا و اوتسو.............................................................. 92
فصل ششم ارائه روش عددی جهت انجام محاسبات روش حجم محدود در محیط متلب
1-6 مقدمه..................................................................................................................................... 99
2-6 - انواع روشهای عددی ........................................................................................................ 100
3-6 - خصوصیات روشهای حل عددی........................................................................................ 102
-1-3-6 سازگاری ......................................................................................................... 103
-2-3-6 پایداری ........................................................................................................... 103
عنوان صفحه
-3-3-6 همگرایی.......................................................................................................... 104
-4-3-6 بقاء................................................................................................................... 104
-5-3-6 کرانداری......................................................................................................... 105
-6-3-6 موجودیت ....................................................................................................... 105
-7-3-6 دقت................................................................................................................. 106
-1-7-3-6 خطای مدل سازی........................................................................... 106
-2-7-3-6 خطای منفصل سازی....................................................................... 106
-3-7-3-6 خطاهای همگرایی............................................................................. 69
-4-6 مدل اغتشاشی..................................................................................................................... 113
-5-6 مدل حجم جریان................................................................................................................ 115
-6-6 ارائه الگوریتم عددی.......................................................................................................... 117
-7-6 مکان یابی حبابزایی بر روی سرریز پلکانی......................................................................... 120
فصل هفتم مقایسه خروجی برنامه با اطلاعات سرریز سد سیاه بیشه
-1-7 جانمایی سد سیاه بیشه......................................................................................................... 124
-2-7 مشخصات سدهای سیاه بیشه............................................................................................... 125
-3-7 مطالعات هیدرولیکی........................................................................................................... 127
-4-7 مقایسه بین نتایج مدل عددی و مدل آزمایگاهی سدهای سیاه بیشه........................................ 128
نتایج............................................................................................................................................ 131
پیشنهادات...